CSP предполагает пористые изоретикулярные соли галогенида аммония. Изображение:
Природа
(2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07353-9

Исследователи из Ливерпульского университета и Саутгемптонского университета использовали методы вычислительного проектирования для разработки неметаллических органических пористых каркасных материалов с потенциальным применением в таких областях, как катализ, улавливание воды или хранение водорода.

В исследовании опубликовано в журнале ПриродаИсследовательская группа использовала недорогие и распространенные неметаллические элементы, такие как ионы хлорида, для разработки неметаллических органических пористых каркасов (N-MOF).

Новые материалы предлагают альтернативу металлоорганическим каркасам (МОФ), классу пористых кристаллических материалов, состоящих из металлов, соединенных органическими линкерными соединениями.

На данный момент обнаружено более 95 000 MOF, которые имеют широкий спектр применений в таких областях, как катализ, разделение газов и хранение энергии.

Новые пористые каркасные материалы, не содержащие металлов, еще полностью не изучены, но уже на первых порах продемонстрировали свою перспективность улавливания йода, что важно в атомной промышленности. Другие области применения могут включать протонную проводимость, катализ, улавливание воды и хранение водорода.

Исследовательская группа считает, что в будущем появится возможность распространить эту стратегию на материалы, в которых органические линкеры соединяются ионами, состоящими из других распространенных неметаллических элементов, таких как азот, кислород и сера.

В исследовании использовался дополнительный опыт в области открытия новых материалов и робототехники из Ливерпульского университета, а также опыт компьютерного моделирования из Саутгемптонского университета.

Профессор Эндрю Купер с факультета химии и инновационных материалов Ливерпульского университета в Ливерпуле сказал: «Эта работа открывает целый ряд возможностей. Наш подход использует анионы неметаллов в качестве узлов для построения каркасов, а не катионы металлов в MOF. Доступных анионов больше, чем металлов в таблице Менделеева, поэтому пространство для поиска новых материалов огромно».

Однако существует давняя проблема: металлические узлы в MOF направляют конструкцию каркаса, подобно стыкам в строительных лесах. Эти соединения имеют предсказуемую геометрию, что позволяет проектировать MOF для конкретных применений. Этот подход «молекулярного Лего» не работает для неметаллических солей, поскольку взаимодействия гораздо менее направлены.

Профессор Грэм Дэй из химического факультета Университета Саутгемптона сказал: «Мы руководили открытием этих материалов, используя вычислительный метод, называемый предсказанием кристаллической структуры.

«Это позволяет нам предсказать, какие соли неметаллов будут образовывать стабильные пористые каркасы, а какие нет, и предвидеть точную кристаллическую структуру еще до экспериментальной работы. Нам не нужно предполагать конкретную геометрию соединений в структура, которая является фундаментальным принципом в химии MOF».

Исследование является частью более широкой программы исследований, целью которой является переосмысление способа открытия новых материалов путем объединения новых методов вычислительного прогнозирования, искусственного интеллекта и робототехники.

Предоставлено Ливерпульским университетом

Источник: PHYS.org